TCP/IP Internet não segue o modelo OSI. É anterior a ele.

Transcrição

1 TCP/IP Internet não segue o modelo OSI. É anterior a ele. UTP - UNIVERSIDADE TUIUTI DO PARANÁ Arquitetura de Redes de Computadores II Prof. André Luiz

2 PROGRAMA 1. Conceitos Básicos de Rede 2. Camada de Interface 3. Camada de Rede Protocolo IP Protocolo ICMP 3. Camada de Transporte Protocolo TCP Protocolo UDP 4. Camada da Aplicação

3 O que é uma rede? Dois ou mais computadores conectados com o objetivo de compartilhar informações.

4 O que é uma rede? Divisão das tarefas de comunicação em várias camadas funcionais, entre aplicações residentes em computadores distintos, interconectados por meio de rede. Stefania Stiubiener Conjunto de computadores autônomos interconectados. Tanenbaum, 1997 Um conjunto de módulos processadores (MPs) capazes de trocar informações e compartilhar recursos, interligados por um sistema de comunicação. Um sistema de comunicações de dados que permite que um número de dispositivos independentes que se comunique diretamente entre si, dentro de uma área geográfica com tamanho moderado e através de um canal de comunicação de taxas de dados razoáveis.

5 Por que ter uma rede? Compartilhamento de arquivos e programas; Aumento de produtividade; Redução de custos de operação; Melhoria na comunicação da empresa; Informações atualizadas.

6 Redes Comutadas Comutação de Circuitos - Um caminho de comunicação dedicado é estabelecido entre duas entidades; - A transmissão é realizada sem atrasos; - Exemplo: Rede telefônica

7 Redes Comutadas Comutação de Pacotes - Não existe um caminho dedicado - Dados enviados como um conjunto de pacotes - Pacotes passam de nodo a nodo na direção da entidade destino - Em cada nodo, o pacote é recebido, armazenado e transmitido para o próximo nodo - Exemplo: RENPAC

8 Modelo de Camadas Modelo de camadas: referência para solução para um problema. Problema: Durante o almoço da família um Jovem sente vontade de comer arroz, mas o arroz está distante dele não pode alcançar. Primeira camada, o jovem tem a idéia: Quero comer arroz (Vontade, desejo...). Segunda Camada, temos a representação da idéia (Como?): Português falado. Na terceira camada, o método de expressão/transporte da idéia: "Ei, você" o jovem verifica quem está mais próximo a travessa para dirigir a comunicação aquele que pode satisfazer sua vontade (abre uma sessão) e passa para a última camada. Finalmente na última camada, o meio: Falar (som) e agarrar (ação física) a travessa de arroz.

9 Modelo de Camadas Modelo de camadas: referência para solução para um problema. Problema: O jovem recebe a travessa de arroz, que ele havia solicitado - O que fazer? Quarta camada, o meio: Recebe a travessa, passo ao nível de superior. Terceirta camada, transporte: Encerro a sessão ( Obrigado. ) e repassa a camada superior. Segunda camada: Ao fechar a sessão o jovem pode passar a saciar a vontade do sentido que solicitou a ação e sobe para a primeira camada. Primeira camada: a sua idéia virou realidade e sua vontade de comer arroz é saciada pelas camadas inferiores.

10 O que é internet? A Internet é uma rede mundial de computadores, constituída LAN 3 por um conjunto muito vasto de máquinas (de diferentes fabricantes e com diferentes configurações) e de redes dispersas todas ligadas entre si, tendo unicamente em comum a utilização de um protocolo de comunicação - TCP/IP. LAN 1 LAN 2 (Transmission Control Protocol/Internet Protocol).

11 Arquitetura em Camadas Arquitetura de Redes Distribuídas em camadas (níveis) Função de cada camada Protocolo nível N Interface entre níveis SDU (Service Data Units) PDU (Protocol Data Units) Número ideal de níveis

12 Modelo OSI Data Units Aplicação Aplicação APDU Apresentação Apresentação PPDU Sessão Sessão SPDU Transporte Sub Rede de Comunicações Transporte TPDU Rede Rede Enlace Enlace Físico Físico Host 1 Nó 1 Nó 2 Host 2

13 Modelo OSI Níveis OSI Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Enlace Físico Função Aplicações de rede tais como uma transferência de arquivos ou emulação de terminais Formatação dos dados e encriptação Estabelecimento e manutenção das sessões Transporte confiável de dados entre origem e destino Entrega de pacotes de dados (inclui roteamento) Transporte de unidades de dados (correção de erros) Transmissão de dados binários em um meio

14 Publicações Oficiais IAB (Internet Activities Board Internet Architecture Board): IRTF (Internet Research Task Force); IETF (Internet Engineering Task Force); Internet Society InterNIC (Network Information Centers World Wide Web Consortium (W3C)

15 Publicações Oficiais - RFC Qualquer pessoa pode projetar uma Proposta de Padrão; A idéia básica deve ser explicada em um RFC e despertar o interesse da comunidade; P/ tornar-se um Draft Standard, o padrão proposto precisa ser completamente testado por no mínimo 2 sites independentes durante 4 meses; Se o IAB for convencido de que a idéia é viável, pode atribuir à RFC o status de Padrão Internet.

16 Publicações Oficiais RFCs - Request for Comments: IP RFC 791 IP Subrede RFC 950 ICMP RFC 792 ARP RFC 829 Telnet RFC 854 e muitas outras SNMP RFC 1155, 1156, 1157, 1213 (e outras)

17 Arquitetura TCP/IP Aplicação Transporte Inter-rede Rede Mensagens da aplicação Datagramas IP HDLC, X.25, PPP, SLIP, Ethernet, Token-Ring, FDDI, ATM, LLC, NDIS,...

18 ORIGEM Criação dos protocolos e do modelo TCP/IP [ Cerl e Kahn]. Em 1983 o TCP/IP tornou-se o protocolo oficial da ARPANET, levando a uma das primeiras definições de Internet, como sendo um conjunto de rede conectadas via TCP/IP; nessa mesma época foi feita na Universidade de Berkeley, a implantação do protocolo ao sistema operacional Unix. A ISO lança em 1984, o modelo de referência OSI. Internet não segue o modelo OSI. É anterior a ele.

19 Arquitetura TCP/IP O TCP/IP foi especificado para um ambiente normal nos dias atuais mas extremamente futurista na sua concepção, na década de 70; Os protocolos TCP/IP foram projetados para conectar equipamentos de fabricantes diferentes utilizando meios e enlaces não confiáveis;

20 Arquitetura TCP/IP O objetivo do TCP/IP é integrar redes e sub-redes em um único ambiente chamado internet, onde usuários tem a capacidade de acessar aplicativos genéricos; O TCP/IP também foi especificado com a habilidade de conectar novas redes sem a interrupção do serviço na internet;

21 Arquitetura TCP/IP A necessidade de independência em relação a tecnologia do meio e do crescimento da rede pela adição de segmentos, na modalidade plug-andplay, determinou a decisão de transportar os dados acomodados em pacotes e de encaminhar cada pacote como uma unidade independente

22 Arquitetura TCP/IP As funções que asseguram a confiabilidade da transmissão dos dados são realizadas nos processadores de origem e destino Fabricantes de equipamentos (routers) centram os seus esforços em melhorar performance e desenvolver tecnologias mais eficientes para o transporte de dados

23 Arquitetura TCP/IP Os procedimentos operacionais para obter confiabilidade na troca de dados entre computadores são: Empacotar os dados Determinar o caminho a ser utilizado pelos pacotes Transmitir pacotes via um meio físico

24 Arquitetura TCP/IP Controlar a taxa de transferência de acordo com a disponibilidade de banda e a capacidade do receptor em absorver os dados Reconstruir a forma original dos dados transferidos verificando se todos os segmentos foram recebidos estão na seqüência correta Encapsulamento

25 Arquitetura TCP/IP Verificar se não foram recebidos segmentos duplicados Notificar ao equipamento de origem o último segmento da transmissão foi recebido corretamente Entregar os dados para a aplicação correta Administrar erros e a ocorrência de problemas

26 Arquitetura TCP/IP O software necessário para administrar todos estes procedimentos não é simples Um modelo hierárquico facilita o agrupamento de funções relacionadas e o desenvolvimento do software em uma estrutura modular

27 Arquitetura TCP/IP A estrutura para o TCP/IP foi criada por comunidades acadêmicas e militares O IP faz o que é necessário para agrupar tipos diferentes de redes em uma internet O TCP administra a confiabilidade da transferência dos dados

28 TCP/IP Intra-Rede/Física Meio Físico Administra o meio de propagação, conectores e sinais que representam os 0s e 1s que estão sendo transmitidos Cartões de interface Ethernet e Token Ring, por exemplo, executam funções do nível físico

29 TCP/IP Intra-Rede/Física Meio Físico Largura de Banda Meio de Acesso

30 TCP/IP Intra-Rede/Enlace Enlace Modela processos como numa fila de um caixa de mercado: - as pessoas chegam - esperam - são atendidas - saem

31 TCP/IP Intra-Rede/Enlace Enlace Os dados são organizados em unidades chamadas quadros (frames) Cada quadro tem um prólogo (header) que inclui endereços e informações de controle e um epílogo (trailler) utilizado para correção de erros

32 TCP/IP Intra-Rede/Enlace Formato do Quadro do TCP/IP Header do Quadro Endereçamento e Controle Informações Transmitidas Trailer do Quadro Detecção de Erros

33 Níveis TCP/IP - Enlace O cabeçalho dos quadros em redes locais contém os endereços físicos de origem e destino que identificam os cartões de interface na rede O cabeçalho de um quadro transmitido através de uma rede frame relay (WAN) contém o identificador do circuito no campo de endereço

34 Níveis TCP/IP - Inter-rede Rede O Internet Protocol (IP) é o responsável pelas funções do nível de rede; O IP executa o roteamento entre sistemas utilizando enlaces simples ou uma série de enlaces em uma internet; As unidades de dados são chamados de datagramas;

35 Níveis TCP/IP - Inter-rede Datagramas contém um cabeçalho IP com informações de endereçamento nível 3 Os Routers utilizam o endereço de destino do cabeçalho IP para orientarem os datagramas na rede

36 Níveis TCP/IP - Inter-rede Formato do Quadro do TCP/IP Header IP Endereço IP Origem Endereço IP Destino Informações Transmitidas

37 Níveis TCP/IP - Inter-rede O Nível IP é chamado de sem conexão (connectionless) porque cada datagrama é roteado de forma independente sem garantir a entrega ou ordem de entrega dos quadros O IP roteia o tráfego sem analisar a relação do datagrama com a aplicação

38 Níveis TCP/IP - Inter-rede

39 Níveis TCP/IP - Inter-rede Version (versão): Indica qual é a versão do IP que está sendo usado. (normalmente IPv4). Header Length (comprimento do cabeçalho): Indica quantas palavras de 4 bytes existem no cabeçalho. Type of Service-TOS (tipo de serviço): Indica o nível de serviço associado ao datagrama (Urgência, retardo, taxa de envio e confiabilidade. Datagram Length (comprimento do datagrama): comprimento, em bytes, do datagrama - incluindo o cabeçalho (max 65,535 bytes). Datagram Identification (identificação do datagrama): Identifica, univocamente, um datagrama enviado para um host.

40 Níveis TCP/IP - Inter-rede Flags: bits indicadores. O primeiro não é usado. O Don t Fragment (DF) e More Fragment (MF) controlam o modo como um datagrama é fragmentado Fragment Offset: Indica qual é o fragmento Time to Live (TTL): Indica por quantos roteadores um datagrama pode passar antes de ser descartado (max TTL é 255) Protocol: Indica qual é o protocolo de camada superior que usa o datagrama IP Header Checksum: Armazena o resultado de um cálculo efetuado sobre os bits do cabeçalho. Tem por objetivo permitir que o destino averigue a integridade dos dados recebidos

41 Níveis TCP/IP - Inter-rede Source/Destination IP Addresses (Endereços IP fonte/destino): Endereços IP (32bits) do host que envia o datagrama (fonte) e do host que receberá o datagrama (destino) Options (opções): As opções atualmente definidas raramente são usadas. Existem opções para segurança, armazenamento de rota, roteamento mandatório, timestamp, etc. Data (dados): São os dados transportados pelo datagrama IP. São atribuídos pelos protocolos de camadas superiores

42 Níveis TCP/IP - Inter-rede Protocolo ICMP O protocolo ICMP é um protocolo auxiliar ao IP, que carrega informações de controle e diagnóstico, informando falhas como TTL do pacote IP expirou, erros de fragmentação, roteadores intermediários congestionados e outros. Uma mensagem ICMP é encapsulada no protocolo IP, conforme ilustrado na figura abaixo. Apesar de encapsulado dentro do pacote IP, o protocolo ICMP não é considerado um protocolo de nível mais alto.

43 Níveis TCP/IP - Inter-rede Protocolo ICMP A mensagem ICMP é sempre destinada ao host origem da mensagem, não existindo nenhum mecanismo para informar erros aos roteadores no caminho ou ao host destino. As mensagens ICMP possuem um identificar principal de tipo (TYPE) e um identificador de sub-tipo (CODE) Octeto 1 Octeto 2 Octeto 3 Octeto 4 TYPE (8 ou 0) CODE (0) CHECKSUM IDENTIFIER SEQUENCE NUMBER OPTIONAL DATA...

44 Níveis TCP/IP - Inter-rede Protocolo ICMP TTL Expired = Esta mensagem é utilizada pelo programa traceroute (ou tracert no Windows) para testar o caminho percorrido por um pacote. O programa funciona da seguinte forma: - É enviada uma mensagem ICMP Echo Request para um endereço IP destino. Esta mensagem é enviada com TTL = 1. - Quando chega ao primeiro roteador, este decrementa o valor de TTL da mensagem IP e retorna uma mensagem ICMP TTL Expired. O programa armazena o endereço IP do roteador que enviou a mensagem TTL Expired. - O programa envia outra mensagem ICMP Echo Request para o endereço IP destino. Esta mensagem é enviada desta vez com TTL=2. - A mensagem atravessa o primeiro roteador e tem o TTL decrementado para 1. Quando chega ao segundo roteador, o TTL torna-se 0 e este roteador envia uma mensagem ICMP TTL Expired para a máquina origem. Esta armazena o endereço do segundo roteador. - Esta operação prossegue até que a máquina destino responda. Todos os roteadores no caminho são registrados.

45 Níveis TCP/IP - Transporte Existem dois métodos de organização de transferência dos dados em uma rede Com Conexão Sem Conexão

46 Protocolo TCP um serviço de transporte fim a fim orientado a conexão confiável controle de erros controle de fluxo seqüenciação multiplexação fragmentação

47 Níveis TCP/IP - Transporte Transporte O Transmission Control Protocol (TCP) é o responsável pelas funções do nível de transporte O TCP assegura a confiabilidade da conexão para os aplicativos de níveis superiores

48 Níveis TCP/IP - Transporte O TCP tem controles que garantem que os dados são entregues no destino sem erros, sem omissões e na seqüência correta - Confiabilidade. O aplicativo (uma transferência de arquivos, por exemplo) entrega os dados para o TCP que adiciona um cabeçalho formando um conjunto chamado segmento - Segmentação.

49 Níveis TCP/IP - Transporte O TCP entrega os segmentos para o IP que utilize técnicas de roteamento para enviá-los ao seu destino O TCP recebe segmentos do IP, determina qual o aplicativo de destino e repassa as informações na mesma ordem que foram transmitidos - Multiplexação.

50 Níveis TCP/IP - Transporte

51 Níveis TCP/IP - Transporte Source Port/Destination Port: 16-bit port number do host origem e do host destino Sequence Number: 4-byte number assinalado pelo TCP, começando com um valor randômico. Acknowledgement Number: Confirma o último segmento enviado pelo host Header Length: Tamanho do cabeçalho em palavras de 4-bytes

52 Níveis TCP/IP - Transporte Flags: usados para negociar e gerenciar uma conexão: URG: Indica que segmento enviado tem caráter de urgência ACK: Indica que o ack no segmento é válido PSH: (PUSH) indica que os dados devem ser passados para a aplicação assim que possível RST: Reseta a conexão SYN: Sincroniza número de seqüência para iniciar uma conexão. FIN: Encerramento normal de conexão 16-Bit Window Size: O número de bytes que o receptor está disposto a aceitar, sem confirmação.

53 Níveis TCP/IP - Transporte 16-Bit TCP Checksum: um checksum do segmento TCP 16-Bit Urgent Pointer: usado somente se o flag URG estiver acionado Options: A opção mais comum é o Maximum Segment Size (MSS) que determina o maior tamanho de segmento que o host origem pode receber Data: opcional. Quando conexões estão sendo estabelecidas, nenhum dado é enviado

54 Níveis TCP/IP - Transporte SYN / ACK SYN Client ACK 1: Envia SYN ISN=x Server 2: Envia SYN ISN=y, ACK x+1 3: Envia ACK ISN y+1 4: Conexão estabelecida

55 Níveis TCP/IP - Transporte O UDP (User Datagram Protocol) pode ser utilizado quando os aplicativos necessitam transferir mensagens isoladas e curtas O UDP adiciona um cabeçalho próprio criando uma unidade de transporte (pelo IP) chamada UDP Datagram ou UDP Message

56 Níveis TCP/IP - Transporte O UDP transfere mensagens ou datagramas para o IP O UDP recebe mensagens e datagramas do IP e os encaminha para o aplicativo adequado UDP é um protocolo sem conexão, útil em consultas simples a bancos de dados

57 Níveis TCP/IP - Transporte

58 Níveis TCP/IP - Transporte Source Port Number: 16-bit port number do host origem. Usa portas randômicas (acima de 1024) Destination Port Number: 16-bit port number do host destino. Usa portas conhecidas 16-Bit UDP Length: Indica o comprimento do datagrama UDP, incluindo o cabeçalho 16-Bit UDP Checksum: checksum calculado a partir de todo datagrama UDP

59 Níveis TCP/IP - Aplicações Aplicativos O conjunto de protocolos TCP/IP inclui aplicativos padronizados como, por exemplo, terminais de acesso (Telnet), transferência de arquivos (FTP), correio eletrônico (Mail), administração de formatos multimídia (WWW) e consultas de endereços (DNS)

60 Pacote de Dados O termo genérico que define a combinação dos dados com os cabeçalhos de controle é Protocol Data Unit (PDU) O segmento TCP é um PDU do nível transporte O datagrama IP é um PDU do nível rede

61 Composição do Pacote Aplicação Dados Dados Transporte Segmento TCP Header TCP Dados Transporte Mensagem UDP Header UDP Dados Rede Datagrama Header IP Header TCP/UDP Dados Enlace Frame Header do Frame Header IP Header TCP/UDP Dados Trailer do Frame

62 Camadas: OSI & Internet Application Presentation Session Transport Network Link Physical FTP ASCII/Binary TCP IP Ethernet Application Transport Network Link The 7-layer OSI Model The 4-layer Internet model

63 Protocolos Embora as interfaces para usuários baseados em texto para transferência de arquivos, terminais de acesso e consultas aos DNS (Domain Name Systems) não sejam padronizadas formalmente, praticamente todos os fornecedores oferecem cópias do conjunto incluído no pacote do Berkeley Software Distribution Unix

64 Conjunto de Protocolos TCP/IP Interfaces dos Usuários WWW News FTP Telnet SMTP NFS DNS SNMP TCP Conexões ponto a ponto UDP Mensagens Simples IP Roteamento de Datagramas Ethernet Comunicações nos Níveis Inferiores Token Ring FDDI ATM Point to Point Frame Relay